CubeSats beviser deres værd for videnskabelige missioner

For kun få år siden, astronomi- og heliofysiksamfundene var skeptiske over for, om CubeSats pålideligt kunne opnå videnskabelige data. Men disse satellitter på størrelse med brødbrød har bevist deres evne til at returnere nyttige data.

Under American Physical Society's aprilmøde 2019, afholdes 13-16 april, i Denver, Colorado, Christopher S. Moore, en postdoc ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in the Solar and Stellar X-ray Group, vil beskrive, hvordan tvillingen Miniature X-ray Solar Spectometer (MinXSS) CubeSats måler bløde røntgenstråler fra Solen. Disse var de første solvidenskabsorienterede CubeSat-missioner fløjet for NASA Science Mission Directorate.

Som han vil beskrive på mødet, Moore var en af ​​flere dusin kandidatstuderende, der bidrog til MinXSS i løbet af dens levetid. Han arbejdede på MinXSS CubeSats som en del af sin doktorgradsforskning ved University of Colorado Boulder.

"Dette arbejde viste, at disse små, relativt billigt – lige fra $1 million til $2 millioner for MinXSS—CubeSats kan indsamle data, der fylder en specifik niche og er i overensstemmelse med store satellitter, som er meget dyrere, og bidrage til større videnskabelige undersøgelser, " sagde Moore.

MinXSS-1 blev lanceret i december 2015 på Atlas-V Cygnus OA-4 Launch, Orbital ATK genforsyningsmission til den internationale rumstation, hvor den blev indsat i et cirka 12-måneders kredsløb om Jorden. Den anden version, MinXXS-2, blev opsendt på SpaceX Falcon 9 som en del af Spaceflight SSO-A:SmallSat Express i december 2018 og indsat til en fire- til fem-årig bane og operation.

Videnskabsorienterede CubeSats er billige, satellitter med kort levetid bygget til at tage specifikke videnskabelige observationer og målinger. MinXSS, for eksempel, har omkostningsbesparende komponenter såsom et udvideligt målebånd, der fungerer som en radioantenne.

Dens videnskabelige nyttelast består af et blødt røntgenspektrometer, der blev modificeret til kompatibilitet med det barske miljø i rummet. MinXSS har også siliciumbaserede fotometre ombord til andre bløde røntgen- og synligt lysmålinger.

Den NASA-finansierede MinXSS-1 (den første af tvillingesatellitterne) var den første test af Blue Canyon Technologies XACT, som er et miniaturiseret holdningsbestemmelses- og kontrolsystem. Succesen med MinXSS-1 og XACT resulterede i prisen for SmallSat 2016 Mission of the Year.

"MinXSS måler bløde solstråler mellem 0,5 og 12 kiloelektronvolt ved moderat spektral opløsning, som omfatter det sparsomt observerede 0,5- til 2-keV-båndpas, " forklarede Moore. "Dette spektrale område er meget informativt om solens atmosfæriske plasmaforhold for temperaturer på mere end 2 millioner kelvin til stede i soludbrud og under hvile (dvale)."

Dataene indsamlet af MinXSS har været i overensstemmelse med konklusioner fra store satellitter. "MinXSS-data vil hjælpe os med at forstå fysikken bag soludbrud, " sagde Moore. "De bløde røntgenstråler bærer information om temperaturen, massefylde og kemisk sammensætning af materiale i solens atmosfære, som gør det muligt for forskere at spore, hvordan begivenheder som blus og andre processer i roligere tider opvarmer det omgivende materiale i koronaen, solens atmosfære."

Variationer af solens røntgenstråling korrelerer stærkt med magnetiske træk i stor skala kaldet aktive områder. "Disse aktive områder vises som lyse sløjfer i bløde røntgenstråler, men fremstår som mørke pletter på soloverfladen (fotosfæren), så de kaldes 'solpletter'. MinXSS-data kan hjælpe direkte med at begrænse plasmatemperaturen af ​​disse relativt kvasistatiske funktioner, " sagde Moore.

CubeSats giver "fremragende muligheder for at uddanne fremtidige ledere inden for teknologi og videnskab, som bachelorstuderende, kandidatstuderende og postdocs har almindeligvis centrale roller i design, udvikling, test, mission operationer og videnskabsanalyse, " sagde Moore. "Mere end 40 kandidatstuderende ved University of Colorado Boulder bidrog til MinXSS i løbet af projektets levetid."

På grund af de seneste CubeSat-succeser, NASA og National Science Foundation tilbyder nu nye finansieringsmuligheder til direkte at finansiere videnskabsorienterede CubeSats.